基于无人机航测大比例尺制图研究

郭结琼，王法景

(1.青岛市城市规划设计研究院，山东 青岛 266071；2.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

0 引言

无人机航测技术作为新型测绘产品的生产手段，在传统数字测图、正射影像生产等方面有其传统测量不可替代的优势[1-3]。利用无人机生产制作4D测绘产品、三维建模成为行业的热门话题。本文基于传统摄影测量技术，结合国家乡村振兴战略无人机航测正射影像生产、大比例尺制图工程实施实例，利用大疆系列无人机易操作、可靠度高且具备实时差分、免像控的综合优势，采用达北公司研发的智行平民化无人机智能操作系统—“智行”航线规划软件进行前期数据采集，采用两种不同方案进行大比例尺航测正射影像、地形图生产。第一种内业生产方案采用Pix4D软件对航飞数据进行空三测量，得到数字表面模型(DSM)和数字正射影像(DOM)，经过滤波和平滑处理后，得到数字高程模型(DEM)，再将空三成果恢复立体，用立体采集软件EPS进行地形图采集，得到1∶1 000数字线化图(DLG)，完成大比例尺地形图测量工作。利用ContexCapture Center(CC)、清华山维EPS作为内业生产的第二套方案，并在精度方面与前者进行比较。实验结果表明，虽然后者普及率不如前者，但能得到更高的测量精度，可以作为无人机航测内业处理的有效补充。

1 影像获取及预处理

项目所在地沟壑纵横，高差相对较大，不利于传统全站仪、RTK等手提式的仪器进行现场实测。综合当地实际情况，本项目采用目前国内先进的大疆无人机航测遥感系统来进行测绘。依据项目实际要求，所提供的正射影像需要优于1∶2 000的分辨率。针对山区信号差，无法加载地图这一问题，本项目采用离线地图的方式进行，在信号好的地方提前将测区离线地图数据加载，确保在信号较差的地方依然能完成作业，获取完整的无人机遥感影像。

1.1 影像数据获取

结合本次项目工程中的实际地形特点，大面积正射影像生产时，将测区划分为4个测区，最后通过软件进行相关影像镶嵌。为保证成图质量，提前制作无人机标靶作为像控点并利用RTK进行像控点的坐标采集，同时选择少量作为检核点对成图质量进行检测。

1.2 飞行质量检查

在外业飞行过程中，作业人员通过地面站实时监测无人机飞行状态，确保外场飞行安全和数据完整。在外场数据采集完成后，可现场通过智行软件检图功能对本次采集的影像数据和POS数据进行质量检查，确保相片有效范围覆盖整个测区。

1.3 空三解算

项目正射影像部分分别采用ContexCapture Center(CC)和Pix4D的方式生成测区点云数据、数字表面模型DSM和数字正射影像图DOM。由于空三匹配中连接点线性关系、迭代性等，空三报告精度并不能很好地代表测图精度，因此应先检查点精度，才能进行地形图DLG生产作业。图1为正射影像。

2 两种地形图生产方法

传统的数字线划图DLG生产采用如VirTuoZo、JX-4等在立体像对上进行采集。但此方法存在专业性强、数据采集速度慢等缺点。因此本文结合现有的软件优势，采用Pix4D和CASS相结合、CC+EPS相结合的方式获取测绘地形图，并对两种成图结果进行了检验，对两种方法的成图精度进行了分析[4-7]。

图1 正射影像

2.1 Pix4D、CASS相结合生产地形图

通过Pix4D软件生产高分辨率的正射影像图,利用CASS软件加载数据量比较大的优点,将Pix4D软件生产的高分辨率正射影像数据加载到软件绘图界面,已加载的高分辨率正射影像图为基础，依据国家基本比例尺地形图图示和外业测图规程等规范要求对任务区域进行数字化成图工作，实现测区内建筑物、道路、植被等各类地物地貌的矢量化;完成测区整体地物绘制后添加采集到的高程数据，并在高程点的基础上对需绘制等高线的区域构建三角网、生成等高线；完成成图工作后对整个任务区的成果进行综合的检查、图幅整饰等处理,最终得到完整的任务区大比例尺地形图成果。

2.2 CC、EPS相结合生产地形图

首先利用CC倾斜摄影测量数据处理软件对获取的高分辨率、高重叠度影像数据进行空中三角测量，然后经过影像的密集匹配、三角网构建和纹理映射等处理，最终根据需要生成测区真正射影像等；然后以EPS三维测图系统将获取的DOM和DSM数据转化为EPS可识别的格式,实现EPS中正射影像和三维模型的加载，通过二维和三维两种数据进行二三为的联动操作，进行任务区域大比例尺地形数据采集工作。

在数字化成图的过程中，通过对三维窗口中的实景三维模型的高程信息进行合理采集，可以直接得到测区内分布合理的高程点数据，在高程点的基础上构建三角网,并进一步绘制生成所需等高距的等高线。最后对整个任务区域的数字化成果进行综合的检查、整饰以及拓扑关系质检等相关处理,即可输出得到最终的大比例尺地形图成果。

3 精度分析

两种方法在进行正射影像生产、地形图制作等有其各自的优势。为了比较两种成图方案的成图精度，选择测区内之前布好的像控点标靶5个检核点对两种测图方法进行精度评定，Pix4D+CASS的测图精度如表1所示，CC+EPS测图精度如表2所示。

表1 Pix4D+CASS测图精度评定

表2 CC+EPS测图精度评定

依据低空数字航空摄影测量内业规范和1∶500，1∶1 000，1∶2 000 地形图航空摄影测量内业规范等要求。从表1和表2可以看出，上述两种成图方案都能满足大比例尺测图的规范和要求[8-10]。通过两种方法的测图进行对比，在平面精度方面，采用Pix4D+CASS成图方案和CC+EPS成图方案基本一致，均保持了很好地测图精度，而在高程精度方面，CC+EPS测图精度要显著优于Pix4D+CASS的测图方法。分析其原因，主要是EPS能够三维可视化，这是CASS二维所不能达到的，三维能够显著改善地物的辨识度，提高测图精度。

4 结语

本文基于达北“智行”系列无人机航测系统，结合实际航测正射影像、地形图大比例尺生产案例为依托，利用“智行”航线规划软件进行前期数据采集，利用CC+EPS、Pix4D+CASS两种方式进行内业数据处理，获取正射影像与大比例尺地形图。结果表明：两种方法能够高质量完成大比例尺测图的要求，Pix4D和CASS方案较为常用，能降低生产成本、使用效率高；CC和EPS方案相比较前者具有更高的测量精度，尤其是高程精度方面，但是效率相对较低。